铅酸蓄电池板栅制造过程的质量控制.doc

铅酸蓄电池板栅的制造过程同时也是板栅的质量形成的过程，因此，板栅的设计、合金材料的质量与配比、合金熔化过程的损失、合金的温度、铸造设备及铸模质量、铸模温度、脱模剂的配制、喷模刮模的方法和程度、合金的冷却速度、板栅厚度的均匀性、剪切方法、检查水平、贮存方式等都是影响板栅质量的因素，应对这些因素实施有效的控制。一、板栅设计的影响板栅的结构设计对铅酸蓄电池的电性能影响很大，如目前汽车用铅酸蓄电池普遍使用的垂直矩型板栅，其结构外框较粗厚，内部横竖筋条较细薄(其厚度约为外框的1/3或2/3)，并且横竖筋条是相互垂直沿线性均匀分布。这种结构的板栅不利于电流在极板中的分布，由于横筋和竖筋的截面积相差不大，不利于电流沿竖筋条向极耳汇流，同时以极耳为中心的相同竖向距离上的电流分布极不均衡，从而导致竖向等位线上出现较大的欧姆压降，使得极板的内阻增加，损耗电能。由于这种板栅结构横筋过密，吃膏量不高，因此所制得的正极板的活性物质与板栅的重量比偏低，降低了蓄电池的比能量。另外，矩型板栅由于横竖小筋条比边框细，加之在浇铸过程中，由于模具温度均衡性，合金液流动性及冷却速度等诸原因，可能使得小筋条或局部小筋条更偏细，实际中也难以检查到，因此，这种小筋条偏细的板栅，在蓄电池使用中易腐蚀断裂，影响产品性能。同时，这种板栅在单面涂板机上涂板时，压辊易把板栅压成一定程度的微凹形，使得极板两面铅膏涂填厚度不均，底下的一面依稀可见小筋条，严重时完全露筋，这种极板在使用时由于小筋条裸露在外，受硫酸的腐蚀速度加快，故耐腐蚀能力下降。同时，由于极板两面铅膏厚度不一，使得蓄电池在充放电过程中活性物质的膨胀收缩程度不一，易引起极板的弯曲。因此，板栅结构的设计影响蓄电池的质量。目前，行业上已使用了一些改进型板栅及新型板栅，如斜筋形板栅、放射形板栅、拉网形板栅等都在汇流效果及板栅电位分布等方面有所提高和改进。二、合金材料的质量与配比的控制在板栅制造时，所使用的合金材料的质量和配比应该符合设计与工艺要求，合金配比若出现错误将影响到板栅的质量。1. 合金的质量购买的母合金或配制的合金中各金属的含量配比是影响板栅铸造质量的重要因素，特别是合金中的非金属杂质含量的影响，如果合金中含有过量的非金属夹杂，易在合金晶粒间形成夹杂晶界，这种板栅在浇铸后外观无何异常，但在贮存的“时效”过程中，在板栅筋条的交界处会产生细小的裂纹。2. 合金的蒸发与烧损由于在板栅浇铸时，熔铅锅的温度高达500600，使得合金中各种金属均产生不同程度的金属蒸气挥发损失及氧化烧损损失，特别是砷(As)、钙(Ca)等金属的蒸发和烧损较为严重。例如，As在受热时会燃烧产生砒霜(As4O3)的白烟，在615时升华生成四原子分子白砒(As4)的有毒蒸气。距含As量为0.1%0.2%的铅锑合金熔锅1m处的烟雾区内测量，可测得空气中As的含量为0.0080.010mg/m3，在铅锅的捞出物(铅渣)中测量，As4O3的含量为0.14%。又例如，Ca的化学性质活泼，极易氧化，在高温的情况下更易氧化和烧损，在板栅的浇铸过程中，尽管有保护剂和保护措施，但一般情况下的损耗率为10%15%。在凝固重熔时，其损耗率可达25%左右。而配制合金时，耗损率特别大，如果没有得力的保护措施和得当的工艺，甚至可以使合金中的Ca丧失殆尽。由此可见，板栅的浇铸过程中，As和Ca在合金铅锅内的蒸发和烧损是比较大的，同理，也存在其他金属的蒸发与烧损。由于金属的蒸发与烧损，使得原先配比好的合金组份发生改变而易对板栅的质量产生影响。另外，由于铅锅温度较高，使得铅和锑也不同程度的受到氧化而形成铅、锑氧化物，使浮渣增加。一般情况下，铅、锑熔渣损失率在1.0%2.0%，烧减损失在0.2%0.6%。同时，生成的浮渣会渗杂在液态合金中，在铸件冷却过程中又析出，造成板栅出现白斑。因此，在板栅的浇铸过程中，应对合金铅液中合金的组份实施有效的控制，一般情况下，在铅锅的熔融合金液面覆盖一层木炭粉、石墨粉或石英粉，用以抑制合金液的蒸发与烧损。在控制方面还应进行以下工作：a) 在合金投入使用之前，无论是母合金还是配制合金都要化验合金成分，特别是对非金属杂质含量的测定，确认符合要求后方可投入使用，并有质量记录予以记载。b) 无锑的铅钙合金，严格防止含锑合金的混入。c) 要根据工厂的实际生产情况，摸索和总结出合金的蒸发量和烧损量，并准确地定时、适量的补充，应有补充记录。d) 对浇铸过程中，对捞出的浮渣应进行称量及成分化验，以确定损失的合金状况，并随时根据情况进行适量的补充。e) 由于铅钙合金的流动性差，不易浇铸，又因熔融时温度高、钙耗大，影响合金的配比，所以要经常对合金液中的钙含量进行测定，确保钙的配比。三、合金在浇铸过程中的冷却速度冷却速度是指液态合金在铸模内的凝固(即结晶)过程的快慢程度，它是决定形成的板栅合金晶粒大小和晶粒间夹层厚薄的重要因素。在浇铸过程中，模腔内液态合金凝固的开始，也就是板栅晶粒形成的开始，晶粒的形成分为两步，首先是先形成晶核，又称为结晶中心，然后晶核长大，生成晶粒，于是形成固体的合金板栅。当合金温度冷却很快，造成过冷度很大过冷度G=K(Tm-T)，式中K为常数，由合金性质决定；Tm为合金凝固点温度；T为合金实际温度，这时形成的结晶中心很多，使得晶体来不及长大，所形成的晶粒就细小、均匀、致密。反之，合金液冷却很慢，生成的结晶中心较少，而晶体成长的速度较快，因此得到的晶粒就比较粗大，易造成板栅出现缩孔、气孔及收缩裂纹。同时合金冷却速度慢，使得有害的杂质和易熔杂质有了聚集的时间，夹在晶粒的边缘，使晶间夹层增厚。由于蓄电池的实际使用过程中，板栅的腐蚀基本上是沿着晶间夹层的晶粒边界进行的，而且在晶粒之间发生的腐蚀速度比晶体内发生的腐蚀速度大的多。对于薄的晶间夹层，腐蚀产物易于把晶粒的晶间夹层盖住，如果腐蚀不是多孔的，则腐蚀会变得很缓慢。对于厚的晶间夹层，腐蚀产物不易把表面与晶间夹层盖住。因此，在电流的作用下，从晶间夹层开始，腐蚀不断加剧，造成板栅不耐腐蚀。合金液在模腔内的冷却速度是由合金液温度、模具温度和脱模剂喷层匹配结果所决定的四、合金温度的控制合金液的温度是保证合金在模腔内获得最佳冷却速度的一个因素。不同的合金配方，应采用不同的浇铸温度，合金液温度过高或过低都不能浇铸出良好的板栅。因此，合金液的温度控制是板栅浇铸过程中一个重要的环节。1. 浇铸时合金液温度过高产生的问题a) 在模具温度一定的条件下，合金液温度过高，将使得合金在模腔内冷却凝固的过程较长，铸出的板栅内部结晶颗粒粗大，晶粒间的夹层厚，使板栅内部结构疏松，严重时将使板栅极耳及边框出现裂纹、缩孔、筋条成形不均或断裂，而且板栅不耐腐蚀。b) 合金液温度过高时，合金中的金属锑易被氧化，合金组份容易发生变化，浇铸时若冷却不好，凝固后的板栅会出现“白斑”、“麻点”或板栅发白。c) 氧化铅、氧化锑浮渣增多，原材料损耗增多。2. 浇铸时合金液温度过低产生的问题a) 在模具温度一定的条件下，合金液温度过低将使得合金液在模腔内冷却凝固的过程太短，模腔内夹杂的空气不能及时地排出，形成气孔，造成板栅多孔腐蚀。b) 合金液温度过低时，由于合金液冷却太快，降低了合金液的流动性，造成合金充模能力降低，使得腔内板栅筋条不能全部铸满，出现筋条不均匀或断筋。c) 合金液温度低时，合金凝固易产生偏析并形成偏析线，在板栅的贮存过程中，由于内应力的作用，易使板栅产生裂纹。3. 在板栅的浇铸过程中，应严格对合金液温度的控制，具体应进行以下工作：a) 保证合金锅内加热系统的完好，并定期进行检查；b) 温度测控仪保证完好，并定期进行计量校准；c) 定时测记合金液的温度，特别是铸板机浇铸端头的合金液的温度，保证合金液的温度符合要求；d) 经常对合金锅进行搅拌，保证合金液温度的均衡性。五、模具温度的控制要保证合金液在模腔内的最佳冷却速度，不但要选定正确、控制准确的合金液温度，同时也必须选定和控制好模具的温度，因为，一般合金液从注入模具到凝固成型，在模具内需要停留510s，待凝固完全后，才能打开模具，取出板栅。这就需要模具保持一定的温度，才能保证合金液有一个正常的凝固速度。也就是要保证整个模腔内各处的液态合金的凝固速度均匀一致。1. 模具温度过低会产生的问题a) 在正常的合金液温度下，如果模具的温度过低，将使液态合金的凝固速度过快，使得板栅在凝固过程中，极耳、边框与横、竖筋条凝固速度不一致，易造成厚、薄的交界处收缩程度不一，冷却后形成裂纹，也易造成内部和外部合金凝固速度不一样，造成收缩和疏松，使板栅耐腐蚀性降低。b) 模具温度过低，使得合金液的流动性差，热的合金液还未流到下部就凝固了，使得板栅下部成型差。2. 模具温度过高会产生的问题a) 在正常的合金液温度下，如果模具的温度过高，使得合金液在模腔内的凝固速度过慢，形成的板栅合金晶粒结构粗大，板栅疏松而不耐腐蚀。b) 模具温度过高，将使得板栅的冷却速度不均匀，极耳和四边框容易产生裂纹、缺肉。3. 在板栅的浇铸过程中，对模具温度应进行严格的控制，具体应进行以下工作：a) 模具应配备自控加温装置，否则模具温度很难控制，在许多工厂手工铸板时仅靠合金液的温度来调整模具温度或有采用木炭火保温或用喷枪喷烧模具内腔，都不是很好的办法，容易造成模具温度的不均衡。一般情况下，只要在模具的动模板和定模板背面适当位置上增加电加热管(用810kw加热管4根)，并配备相应的温度自动控制装置，就可以实现模具温度的自动控制。b) 模具温度一般控制在150左右，具体的模具温度要考虑板栅面积的大小、厚度和形状等因素。c) 要保证模具温度与合金液温度之间的最佳配合。合金温度高时，模具温度适当低些，反之，合金液温度低时，模具温度适当高些。d) 要掌握模具温度的分布及变化状态，并具备监控和测量显示手段，如果模具温度分布差异较大，则温度低处不易成型，温度高处易出现热裂点。因此必须保证模具温度的均衡性。e) 要制定模具温度的检查方法及温度变化曲线，并定时进行检查，做好记录。六、喷模、刮模的控制前面说到在板栅的浇铸时，由于金属模具散热快且板栅的横竖筋条较为细小，很难保证熔融状态下的合金液充满模腔，另外，合金液直接接触模具将造成脱模困难，因此常采用软木粉悬浮液作为脱模剂喷涂在模具内腔，起保温、隔热、润滑及调整板栅厚度均匀性的作用。1. 润滑：使板栅易于脱模。2. 保温：在铸模内腔表面形成保温层，使模腔内的合金液不易很快散失热量，这样液态的合金在模腔内就能保持一定时间的流动性，因而在浇铸时液态的合金能充满模具的内腔。3. 调整合金的冷却速度：形状较为复杂的板栅，耳部、四边框、横竖筋条、模具薄处和厚处的冷却速度是不一样的。厚的地方冷却慢，板栅容易出现缩孔和疏松结构，薄的地方及厚薄交界处冷却较快，板栅容易出现细筋的裂纹或断裂等现象。通过喷模脱模剂，调整脱模剂厚度可调整合金的局部冷却速度，从而防止上述弊病。4. 调整板栅厚度：通过喷模脱模剂，可在模具内腔不同程度地调整沟槽的深浅，因此，脱模剂的配制与脱模剂的喷涂是板栅浇铸时保证合金冷却速度的重要环节。因此，对脱模剂的配制质量、脱模剂的喷涂方式及喷层的形成程度应有足够的认识。这方面的主要问题是，配制好的脱模剂以及喷模时喷层的厚度是否均匀，用仪器是无法检验的。对喷模、刮模的程度，薄部位、厚部位的程度全凭操作者依实际经验去掌握和处理。由于不同人员的操作水平、判断能力、工作责任心等均存在差异，这样就使得喷模、刮模的程度不一，从而导致浇铸的板栅易出现偏差和不均衡现象。因此，对脱模剂的配制及喷模、刮模过程应进行严格的控制，具体应做以下工作：a) 对脱模剂配制人员、铸板操作人员必须进行正规的专业培训，包括基础知识、专业技术、操作方法等，经培训考核合格的人员才允许上岗操作。b). 配制好的脱模剂必须经反复试用确认符合要求后方可投入使用。使用过程中发现脱模剂发粘或发稀要及时地予以调整，过期或变质的脱模剂禁止使用。c) 应制定详细的喷模、刮模的程序文件和检查方法，尽可能的细化操作方法，加强巡检及质量记录。一般情况下，喷涂模具时，从模具内腔的左上角开始，喷涂时放低喷枪，每次喷涂宽度大约为46mm，总共5次行程，这样重复34次。要确保喷枪与相近的喷模面部是相互垂直。喷涂模具不要从模具正面的中心点开始，也不要使喷枪因手腕弯曲而摇摆，要保持喷枪和手腕的关节固定，在敞开的模具前使喷枪从一侧喷向另一侧，喷枪与被喷涂的模具表面相距大约25cm，两半模具都以同样的方式喷涂。d) 喷模时要注意和调整模具的温度，模具温度过高，脱模剂易碳化、掉块。模具温度过低，模具剂的水份挥发慢，脱模剂在模具表面粘不住，易造成下流，合适的温度是边气化边干燥。e) 要保证模具腔体四周和中间部位喷涂一致，防止漏铅液和板栅糊筋及防止板栅上下左右厚薄不均，影响蓄电池装配。f) 要注意喷层的厚度，平面喷层过厚，沟槽内喷层相对变薄，合金液保温不够，容易凝固，板栅筋条浇铸不到位或不饱满，极耳大筋易穿孔；平面喷层过薄，沟槽内喷层相对变厚，合金液流通不畅，筋条易中断，极耳大筋易收缩发脆。g) 刮模时要注意不要漏刮和刮得不均匀，并要掌握好刮模尺度。h) 如果铸出的板栅出现毛刺，应打开模具，在发生毛刺的地方进行补喷脱模剂，直至毛刺消除；如果发现板栅出现糊筋，应打开模具，把糊筋部位的脱模剂刷掉或刮掉重新喷涂。一般情况下，在板栅开始铸成以后，大约铸出2030片时，就称量5片板栅以检查板栅的重量，如果铸出的板栅比规定的重量轻得多，则将模具的喷涂次数从34次减到23次；如果板栅重量超重，则喷模次数应增加到45次，一定要将模具表面刮净并喷涂均匀，这样在以后的操作中就可以减少喷涂次数。另外，在喷涂时如模具较凉，则应迅速喷涂；如果模具较热，喷涂速度就相应减慢一些。i) 如果模具在喷涂以后太热，为使浇铸顺利进行，在不注铅液的情况下，将模具开、闭56次，这样能降低和均衡模具的温度，另一种冷却模具温度的方法是在注入铅液后立即停止操作，使铸件在模具内保持510s，这也是一个均衡模具温度的有效方法。j) 要经常对铸出的板栅进行重量称重和厚度测量，如超过规定值，可增加喷涂次数，如低于规定值，可减少喷涂次数或刮洗模具重新喷模。k) 喷枪使用后的处理：在一班或一天工作结束后，将软木粉溶液从喷枪盛料杯中倒回原来的软木粉盛装容器内，用干净水将喷枪盛料杯和喷枪各部分洗净，用正常操作方式通过喷枪喷出水直到喷出干净的水为止，拆开喷枪，倒出盛料杯中的水，并让其晾干后收入工具箱内保存。七、板栅浇铸方法的控制板栅在浇铸方法有铸板机浇铸和手工浇铸。一般情况下，在铸板机处于完好状态下，浇铸方法基本上是自动程序化的，在这里主要是指手工铸板的方法控制。手工铸板是用铁勺从合金锅内舀合金液，倒入铸模腔内，稍时用布条沾取冷却水淋于注液口，待水份蒸发后打开模具，用刻刀撬开板栅，用手将板栅取出，合闭模具，重复上述操作。利用冷却水蒸发的空隙时间，用刻刀刻掉注液口余料，用手撕掉板栅周边的边料，叠放在一旁。好的板栅每50片一垛堆放，待板栅定型后用刮刀刮掉板栅周围的毛刺，将余料投入合金锅继续使用。在板栅的浇铸过程中的质量控制要做到以下几点：1. 要控制合金液从合金锅舀出倒入模具的时间，即舀出后要迅速倒入模腔内，否则由于合金液的冷却速度太快导致合金液的温度下降而影响浇铸质量。2. 要控制住小铁勺的温度，使之在闲置时始终处于预热状态(妥善的置于铅锅内)，否则，舀合金液时易使合金液冷却过快。3. 在浇铸过程中，为了加快浇铸的速度，常在浇口内的合金液刚凝固时，用长毛刷、海绵团、布团等蘸水来加速浇口的冷却速度，从而达到加速铸件的冷却。在这个过程中一方面要控制好蘸水的时间不能过早，以免合金液崩溅；另一方面要控制好蘸水的量，蘸水过早或蘸水量过多，都将使上部的合金液冷却速度过快，而影响板栅成型质量。4. 要控制好开模的时间，如果开模时间过早，铸件还未完全凝固，则板栅易出现裂纹，同时取板时，易造成板栅的弯曲和变形。5. 开模取出板栅后，要迅速合模，尽量减少空模的时间以减小模具温度的变化。6. 要掌握好合金液温度、模具温度与脱模剂喷层的相互关系，以保证合金液的冷却速度达到板栅成型的要求。7. 对铸出的每片板栅都要进行表观质量检查，对板栅出现变形、筋条断裂、极耳边框出现收缩、白斑、脆裂以及毛刺、糊筋等应剔出投回合金锅。一般情况下，查找如下原因予以消除。1) 充型不满、断筋、缺肉或筋条偏细：原因a：合金液温度低，处理方法是提高合金液的温度；原因b：模具模温低，处理方法是加热模具；原因c：浇铸的合金液量少，处理方法是适当增加合金浇铸量；原因d：喷涂层过厚，处理方法是刮薄涂层或清洗模具重新喷涂；原因e：浇铸过于缓慢，排气不良积有空气，处理方法是加快浇铸速度；原因f：浇口槽截面不足，处理方法是修理浇口截面。2) 发白缩孔原因a：合金液温度过高，处理方法是降低模具控制温度；原因b：冷却温度不均，处理方法是适当喷涂模具，调整模具温度；原因c：模具局部过热，处理方法是刮薄模具厚处的涂层。3) 裂纹原因a：合金液或模具温度过高，处理方法是调整模具及合金液温度；原因b：冷却速度不均，处理方法是裂纹处涂层适当刮些；原因c：涂层不均，处理方法是清洗模具，重新喷涂脱模剂；原因d：冷却时间短，处理方法是适当延长冷却时间。4) 四框歪斜原因a：喷层不均，处理方法是清洗模具，重新喷涂脱模剂；原因b：脱模速度太快，处理方法是降低脱模速度。5) 白斑原因a：冷却不均，处理方法是白斑处喷补脱模剂；原因b：浮渣过多，处理方法是捞除浮渣。6) 粘模原因：模具温度高，处理方法是降低模具温度，小心取下粘模的断筋条。7) 砂眼原因：冷却速度不均，处理方法是调整模具与合金液温度。8) 气孔原因a：浇口系统设置不当，浇铸时混入了空气，处理方法是调整浇口系统；原因b：模腔表面有凹槽，浇铸时存有空气，处理方法是修理模具；原因c：风道不够或风道堵塞，处理方法是增加风道或畅通风道。9) 板栅超重原因：平面喷层过厚，合模不严所致，处理方法是用专用木片将模具脱模剂厚的部位刮去一层或用加热的磷酸钠(Na3PO4)溶液清洗模具，重新喷涂脱模剂。10) 板栅重量不够原因：平面喷层过薄，沟槽内脱模剂太厚所致，处理方法是清洗模具，重新喷涂脱模剂。11) 板栅厚度不均原因：喷层不均，处理方法是喷补脱模剂。12) 脱模剂脱落原因a：模具温度太低，处理方法是加热模具；原因b：模具表面有油污或太脏，处理方法是清理模具；原因c：脱模剂搅拌不均匀，处理方法是清洗模具，搅均脱模剂，重新喷涂脱模剂；原因d：脱模剂喷层太厚，处理方法是清洗模具，重新喷涂。13) 浇口处脱模剂损失太快原因a：浇口处有油污，处理方法是清洗浇口；原因b：浇口处或铅勺温度过高，处理方法是以毛刷涂少量的水降温。8. 浇铸板栅过程中抛洒的、切板和修板下来的边角余料、不合格的板栅，应及时返填回炉，重新熔化使用，但回炉前必须严格检查，以防混有杂质、杂物、油污和水。9. 对上述的控制内容要形成质量文件及质量检查记录。八、板栅剪切、平整及贮存的控制浇铸出的板栅不能直接进行涂板使用，要经剪切、平整后进行时效硬化贮存。1. 剪切、平整的质量控制剪切是指将铸出板栅的余边、飞边及毛刺切除的过程。而平整是将剪切后的板栅进行定型的过程。剪切、平整分为机械自动剪切、平整和手工剪切、平整两种方法。机械自动剪切、平整是指在铸板机上当板栅脱模后经过自动压辊平整后通过传送带下滑到切边模下方，由切边模自动剪切。切边后的板栅自动滑落到收板器上，并由收板器将板栅输送到贮板架上的过程。而人工剪切、平整是通过人用切刀将铸出板栅的余边切掉后，将板栅移至工作台面上，用平直的木块将板栅拍平整的过程。在板栅的剪切、平整的过程中，如果操作不当将会对板栅的外形和尺寸有所影响，在这个过程中的质量控制要进行以下几方面的工作：1) 铸板机自动剪切过程中，要控制好板栅滑落到切边模的速度，否则板栅下滑速度过快易造成冲击变形，同时要调整好板栅滑落后的位置，避免歪斜后影响剪切质量。2) 铸板机对板栅自动平整、剪切完，输送到贮板架时，要通过人工用刮刀对切口进行修整，要将毛刺刮干净后才能将板栅送至贮板架上进行贮存。3) 人工剪切时要注意板栅的温度，如果板栅温度过高剪切时会发生板栅粘连切刀的现象。同时如果切刀过钝或者切刀轴间隙过大，都将会产生切口阻塞现象，这两种现象都可能引起板栅变形和尺寸短缺。4) 人